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Title:
THREAD CUTTER
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2009/037094
Kind Code:
A1
Abstract:
The present invention relates to a thread cutter having a shaft (1) and a cutting part (2), wherein the cutting part (2) has a plurality of cutting studs (3, 3') each having at least one cutting tooth (4) and cutting teeth (4) of different cutting studs (3, 3') are each at the same axial height. To produce a thread cutter which is more wear-resistant and at the same time is less susceptible to fracture and is therefore particularly suitable for the machining of hard materials down to very small thread diameters, it is proposed according to the invention that at least the cutting part (2) consists of an all-cemented carbide substrate which comprises 90-94% by weight of WC in a binder phase composed of cobalt containing a proportion of chromium in a ratio to cobalt (Cr/Co) of from 0.05 to 0.18.

Inventors:
NORGREN, Susanne (Norrskogsvägen 17, Huddinge, S-14141, SE)
KUDERER, Daniel (Grün 24, Zell Am Harmersbach, 77736, DE)
Application Number:
EP2008/061442
Publication Date:
March 26, 2009
Filing Date:
August 29, 2008
Export Citation:
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Assignee:
SANDVIK INTELLECTUAL PROPERTY AB (S- Sandviken, 811 81, SE)
NORGREN, Susanne (Norrskogsvägen 17, Huddinge, S-14141, SE)
KUDERER, Daniel (Grün 24, Zell Am Harmersbach, 77736, DE)
International Classes:
C22C29/08; B23G5/06; B23G5/18; C22C1/05
Foreign References:
EP1548136A1
US20040170482A1
DE20007664U1
US5678962A
EP1442814A1
US20010020406A1
DE19739370A1
EP1832371A2
Other References:
NOETZEL V ET AL: "SICHERES GEWINDEN IN DER AUTOMOBILINDUSTRIE" WERKSTATT UND BETRIEB, CARL HANSER VERLAG, MUNCHEN, DE, Bd. 138, Nr. 12, 1. Dezember 2005 (2005-12-01), Seiten 43-45, XP001237086 ISSN: 0043-2792
Attorney, Agent or Firm:
LIEKE, Winfried et al. (Patentanwälte Weber, Seiffert Liek, Postfach 61 45 Wiesbaden, 65051, DE)
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Claims:

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P a t e n t a n s p r ü c h e

1. Gewindefräser mit einem Schaft (1 ) und einem Schneidteil (2), wobei das Schneidteil (2) mehrere Schneidstollen (3, 3') mit jeweils mindestens einem Schneidzahn (4) aufweist und wobei Schneidzähne (4) verschiedener Schneidstollen (3, 3') jeweils auf gleicher a- xialer Höhe liegen dadurch gekennzeichnet, dass mindestens das Schneidteil (2) aus einem Vollhartmetallsubstrat besteht, welches 90 - 94 Gewichtsprozent WC in einer Binderphase aus Kobalt mit einem Anteil von Chrom im Verhältnis zu Kobalt (Cr/Co) von 0,05 bis 0,18 aufweist.

2. Gewindefräser nach einem der Ansprüche 1 bis 7 dadurch gekennzeichnet, dass das Vollhartmetallsubstrat 91 - 93 Gewichtsprozent WC aufweist

3. Gewindefräser nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Binderphase aus Cobalt und Chrom einen Anteil von Cr im Verhältnis zu Co von 0,06 bis 0,16, vorzugsweise 0.07 - 0,14 und insbesondere 0,075 - 0,13 aufweist.

4. Gewindefräser nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens der an das Schneidteil angrenzende Abschnitt des Schaftes aus demselben Vollhartmetallsubstrat besteht wie das Schneidteil.

5. Gewindefräser nach einem der Ansprüche 1 bis 4 , dadurch gekennzeichnet, dass der an das Schneidteil angrenzende Schaftabschnitt gegenüber dem Einspannende des Schaftes verjüngt ausgebildet ist

6. Gewindefräser nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der an das Schneidteil angrenzende Schaftabschnitt einen gegenüber dem Schneidabschnitt um mehr als zwei Schneidzahnhöhen verringerten Durchmesser aufweist.

7. Gewindefräser nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schneidstollen (3, 3') des Gewindefräsers jeweils weniger als 10, vorzugsweise höchstens 8 und insbesondere höchstens 3 Schneidzähne (4) aufweisen.

8. Gewindefräser nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schneidstollen (3) des Gewindefräsers jeweils nur einen Schneidzahn (4) aufweisen.

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9. Gewindefräser nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der axiale Wiederholabstand der Schneidzähne höchstens 1 mm beträgt.

10. Gewindefräser nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Außendurchmesser des Fräsers höchstens 6 mm, vorzugsweise höchstens 3 mm beträgt.

1 1. Gewindefräser nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Außendurchmesser des Fräsers weniger als 2 mm, insbesondere weniger als 1 ,5 mm beträgt

12. Gewindefräser nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens die Schneidzähne (4) eine verschleißresistente Beschichtung aufweisen, die optional mehrlagig ist.

Description:

Gewindefräser

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Gewindefräser mit einem Schaft und einem Schneidteil, wobei das Schneidteil mehrere Schneidstollen mit jeweils mindestens einem Schneidzahn aufweist und wobei analoge Schneidzähne verschiedener Schneidstollen jeweils auf gleicher axia- ler Höhe liegen.

"Analoge" Schneidzähne sind dabei Schneidzähne, die dieselbe Windung eines Gewindeganges herstellen und gegebenenfalls unmittelbar nacheinander in dieselbe Kerbe eines Gewindeganges eingreifen.

Derartige Gewindefräser sind bereits seit langem bekannt. Sie ermöglichen eine schnelle und ökonomische Herstellung unterschiedlicher Gewinde mit ein und demselben Gewindefräser, solange die Gewinde jeweils die gleiche Steigung aufweisen. Dabei hat der für ein konkretes Innengewinde verwendete Fräser immer einen kleineren Durchmesser als das herzustellende Gewinde, so dass er jeweils nur auf einer Seite über einen begrenzten Winkelbereich mit der Wand der entsprechenden Gewindebohrung in Eingriff steht und dabei entsprechend der Zahl der Zähne der Schneidstollen gleichzeitig einen Sektor mehrerer übereinanderliegender Windungen eines Gewindeganges aus der Wand einer zuvor hergestellten Bohrung herausfräst. Dabei wird der Fräser entlang einer schraubenförmigen Bahn entlang des inneren Umfangs der vorher hergestellten Bohrung bzw. um die Achse der Bohrung herum bewegt und während dieses Umlaufs axial soweit vorgeschoben, dass der Gewindefräser nach einem wendeiförmigen Umlauf (um 360°) axial um genau eine Gewindeganghöhe vorbewegt ist. Auf diese Weise wird durch Fräsen ein eingängiges Gewinde hergestellt, wobei entsprechend der Zahl der Zähne eines Schneidstollens gleichzeitig eine entsprechende Anzahl von Windungen des Gewinde- ganges hergestellt wird.

Für Gewinde größerer Steigung kann derselbe Fräser verwendet werden, wenn die wendeiförmige Schraubenbewegung mit dem doppelten Axialvorschub durchgeführt wird, wodurch man ein zweigängiges Gewinde mit der doppelten Steigung erhält. Die wendeiförmige Bewegung kann rechts- oder linkshändig erfolgen, das heißt axial nach vorn bei Drehung im oder entgegen dem Uhrzeigersinn, so daß mit ein und demselben Gewindefräser wahlweise Rechts- oder

Linksgewinde hergestellt werden können. Dadurch jedoch, dass immer mehrere Windungen eines Gewindeganges gleichzeitig hergestellt werden, ist die Gewindesteigung durch den Zahnabstand des Gewindefräsers festgelegt, d.h. sie entspricht entweder genau dem Zahnabstand oder einem ganzzahligen Vielfachen des axialen Zahnabstandes bzw. Wiederholabstan- des der Zähne, es sei denn, jeder Schneidstollen hat nur einen einzigen Schneidzahn. Nur in diesem Fall könnten mit einem solchen Gewindefräser beliebige Steigungen erzeugt werden.

Derartige Gewindefräser haben generell den Vorteil, dass aufgrund der Tatsache, dass ihr Durchmesser kleiner ist als der Durchmesser des Gewindes bzw. der Bohrung, in welcher das Gewinde hergestellt wird, und auch aufgrund der Tatsache, dass zu einem gegebenen Zeitpunkt immer nur ein kleiner Umfangssektor des Gewindes mit einem entsprechenden Umfangs- sektor des Fräsers in Eingriff steht, eine gute Spanabfuhr und eine gute Kühlung gewährleistest werden kann. Die Gewinde können dementsprechend mit einer hohen Zerspanungsrate hergestellt werden. Außerdem werden durch einen solchen Gewindefräser (wenn er mehrere Zähne pro Schneidstollen aufweist, immer mehrere Windungen eines Gewindeganges gleichzeitig hergestellt, was ebenfalls zu einer schnelleren und ökonomischeren Herstellung beiträgt. Schließlich ist jeder der Zähne auf einem Gewindestollen eines derartigen Gewindefräsers identisch ausgebildet, so dass ein damit hergestelltes Gewinde über seine gesamte axiale Länge hinweg dasselbe konstante Profil aufweist. Insbesondere können auf diese Weise auch Gewin- de in Sacklöchern bis zum Grund der Bohrung sauber hergestellt werden. Die wahlweise Herstellung von Rechts- und Linksgewinden mit demselben Fräser wurde oben bereits erwähnt.

Entsprechende Werkzeugmaschinen garantieren dabei einen präzisen axialen Vorschub im Verhältnis zu der wendeiförmigen Bewegung des Fräsers um die Gewindeachse herum, wobei alternativ auch das Werkstück schraubenförmig um die Fräserachse herum bewegt werden könnte.

Schließlich können mit entsprechenden Gewindefräsern auch Gewinde unterschiedlichen Durchmessers hergestellt werden, allerdings setzt dies voraus, dass die Gewinde trotz ihres unterschiedlichen Durchmessers jeweils die gleiche Steigung haben, da, wie bereits erwähnt, jedes mit einem (mehr als einzahnigen) Gewindefräser hergestellte Gewinde immer nur eine Steigung haben kann, die dem Wiederholabstand der Zähne auf einem Schneidstollen oder einem ganzzahligen Vielfachen hiervon entspricht.

Aufgrund der vorgenannten Vorteile haben Gewindefräser eine weite Verbreitung gefunden.

Problematisch ist allerdings die Verwendung derartiger Gewindefräser bei kleinen Gewindedurchmessern und/oder für Werkstoffe großer Härte, beispielsweise in einem Rockwell- Härtebereich von HRC 46 bis HRC 56 und sogar darüber hinaus bis zum Beispiel HRC 63 oder noch mehr. Für die Bearbeitung derart harter Werkstoffe kommen in der Praxis nur Hartmetall- Werkzeuge in Frage, wobei insbesondere Vollhartmetallwerkzeuge als Gewindefräser bereits eingesetzt wurden.

Hartmetall hat allerdings den Nachteil, dass es im Vergleich zu hochfesten Werkzeugstählen relativ spröde und brüchig ist. Dies macht sich insbesondere bemerkbar bei Werkzeugen mit relativ kleinem Durchmesser. Da der Querschnitt eines rotierenden Werkzeuges, wie eines solchen Gewindefräsers, mit dem Durchmesser des Werkzeuges quadratisch zunimmt, nimmt auch die Bruchfestigkeit mit zunehmendem Durchmesser überproportional zu oder umgekehrt mit abnehmendem Durchmesser überproportional bzw. quadratisch ab, wobei moderne Hartmetallwerkstoffe in ihrer Bruchfestigkeit bereits soweit verbessert wurden, dass Gewindefräser insbesondere im Durchmesserbereich oberhalb von 6 mm ohne Weiteres aus Vollhartmetall hergestellt und zur Bearbeitung harter Werkstoffe verwendet werden können. Selbstverständlich ist die Verwendung von Gewindefräsern aus Vollhartmetall nicht auf die Anwendung auf Werkstoffe großer Härte beschränkt.

Für die Herstellung von Gewinden kleinen Durchmessers, insbesondere in den vorgenannten, gehärteten Werkstoffen, hat man bisher jedoch nur mit mäßigem Erfolg Gewindefräser aus Vollhartmetall verwenden können, da entsprechende Gewindefräser bei den auftretenden Belastungen allzu leicht brechen, oder, wenn sie aus entsprechend zäheren und damit relativ "weicheren" Hartmetallen hergestellt werden, allzu schnell verschleißen. Dies zwingt dazu, den Radius des Fräsers im NC-Programm häufig nachzustellen, was zeitaufwendig ist und den Produktionsablauf stört, wobei auch das Nachstellen nur begrenzt möglich ist. Zudem erhöht sich durch den Schneidkantenverschleiß der Schneiddruck, was wiederum die Bruchgefahr des Werkzeugs erhöht. Es versteht sich, dass zumindest ein Teil dieser Probleme mehr oder weniger ausgeprägt auch bei Gewindefräsern größeren Durchmessers und bei Verwendung in rela- tiv "weichen" Materialien, wie zum Beispiel Edelstahl, auftreten, und daß auch in diesen Fällen eine Reduzierung des Werkzeugverschleißes, eine damit verknüpfte Verbesserung der Standzeit, sowie eine weniger häufige Nachstellen des Fräsradius wünschenswert und vorteilhaft ist.

Gegenüber diesem Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Gewindefräser zu schaffen, der verschleißfester und gleichzeitig weniger bruchanfällig ist und der damit insbesondere auch zur Bearbeitung von harten Werkstoffen bis herab zu sehr

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kleinen Gewindedurchmessern geeignet ist. Kleine Durchmesser im Sinne der vorliegenden Erfindung sind vor allem Durchmesser von weniger als 5 mm und bis herab zu 1 mm.

Dies schließt selbstverständlich die Anwendung der erfindungsgemäßen Merkmale auf Gewin- defräser mit größerem Durchmesser nicht aus.

Die vorstehende Aufgabe wird für einen Gewindefräser mit den eingangs genannten Merkmalen erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass mindestens das Schneidteil aus einem Vollhartmetall besteht, welches 90 - 94 Gewichtsprozent WC in einer Binderphase aus Kobalt mit einem opti- onalen Anteil von Chrom im Verhältnis zu Kobalt (Cr/Co) von 0,05 bis 0,18 aufweist.

Zweckmäßigerweise bestehen auch mindestens der an das Schneidteil angrenzende Schaftabschnitt und bevorzugt der gesamte Gewindefräser aus dem vorstehend definierten Material.

Dabei kann insbesondere der an das Schneidteil angrenzende Schaftabschnitt gegenüber dem übrigen (zum Einspannen vorgesehenen) Schaftteil verjüngt ausgebildet sein, insbesondere bei Gewindefräsern für Gewinde mit Nenndurchmessern unter 10 mm.

Das erfindungsgemäße Substratmaterial ist im Vergleich zu anderen bekannten Vollhartmetall- Substraten besonders hart, so dass es an sich überraschend ist, dass gerade dieses harte Material die Eigenschaften von Gewindefräsern derart verbessert, dass diese insbesondere auch für die Herstellung von Gewinden mit sehr kleinen Durchmessern und in Harten Werkstoffen verwendet werden können.

Es hat sich jedoch gezeigt, dass das oben erwähnte Material im Vergleich zu anderen Hartmetallsubstraten trotz seiner größeren Härte nicht in gleichem Maße spröder geworden ist, wobei bei der Bearbeitung harter Werkstoffe der Nachteil der immer noch verbleibenden Sprödigkeit durch die größere Verschleißfestigkeit und damit eine geringere Belastung der Schneidzähne überkompensiert wird.

Für kleine Gewinde trägt im übrigen auch eine bevorzugte Reduzierung der Zahl der Schneidzähne pro Schneidstollen zu der entsprechend verringerten Belastung bei.

Wie bereits erwähnt hat sich das oben definierte Hartmetall für Gewindefräser kleiner Durch- messer und in besonders harten Werstoffen als besonders verschleißfest und wenig bruchge-

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fährdet erwiesen, obwohl diese Hartmetallvariante als besonders hart bekannt ist, so daß man eher eine besonders hohe Bruchgefährdung erwarten würde anstatt einer vorteilhaften Eignung.

In besonderen Ausführungsformen ist der Bereich der Zusammensetzung noch etwas weiter eingeengt auf beispielsweise 91 - 93 Gew. % WC (Wolframcarbid) und unabhängig davon kann die (Co,Cr)-Binderphase ein Cr/Co-Verhältnis von 0,06 bis 0,16 oder 0,07 bis 0,14 aufweisen. Als besonders geeignet hat sich ein Cr/Co-Verhältnis von 0,075 bis 0,13 erwiesen.

Je nach dem zu bearbeitenden Werkstoff können mindestens die Schneidzähne mit einer ver- schleißresistenten und/oder reibungsminimierenden Beschichtung versehen sein.

Für manche Anwendungsfälle kommen auch mehrlagige Beschichtungen z. B. der Zusammensetzung AI, ME-Nitrid oder -Carbonitrid in Frage, wobei ME für eines oder mehrere der Elemente Zr, V, Nb, Cr, Si und Ti steht, wobei die verschiedenen Schichten einen gegenüber der ME- Komponente unterschiedlichen höheren Aluminiumanteil aufweisen können.

überraschenderweise hat sich gezeigt, dass bei der Bearbeitung besonders harter Werkstoffe in Verbindung mit der Verwendung entsprechender Schichten die auf die Schneidzähne wirkende Belastung soweit reduziert werden kann, dass man die Gewindefräser aus dem oben definierten Vollhartmetall herstellen kann, ohne eine übermäßig große Bruchgefahr in Kauf nehmen zu müssen. Zum anderen hat sich auch gezeigt, dass entsprechende Gewindefräser eine längere Standzeit haben als Gewindefräser, die nicht mit einer entsprechenden Beschichtung versehen sind.

Gemäß einer Ausführungsform wird die Erfindung eingesetzt für sogenannte Minigewindefräser, d.h. Gewindefräser, die für kleine Gewindedurchmesser vorgesehen sind und die außerdem pro Schneidstollen jeweils weniger als zehn, und in manchen Varianten weniger als fünf und insbesondere höchstens drei Schneidzähne aufweisen. Derartige Gewindefräser sind axial entsprechend kurz, so dass wegen des gleichzeitigen Eingriffs einer kleineren Zahl von Zähnen auch eine geringere Belastung auf den Schaft des Fräsers wirkt, was ebenfalls zur Verminderung der Bruchgefahr beiträgt. Gleichwohl können auch mit einem solchen Gewindefräser Gewinde mit einer großen Zahl von Windungen hergestellt werden, indem der Fräser unter axialem Vorschub entsprechend häufig wendeiförmig umlaufend bewegt wird.

Auch wenn dabei der jeweils führende Zahn eines Schneidstollen stärker belastet wird als die nachfolgenden Zähne, kann diese Belastung zum einen dadurch ausgeglichen werden, daß

man die axiale Vorschubbewegung und den Drehsinn der wendeiförmigen Bewegung umkehrt, also das Gewinde vom entfernten zum naheliegenden Ende hin fräst, und zum anderen erhöht das Nachschneiden derselben Windung durch nachfolgende Zähne die Genauigkeit und Oberflächenqualität des Gewindes, so daß hierin kein Nachteil liegt.

Für den gesamten Vorgang der Gewindeherstellung macht es keinen allzu großen Unterschied, ob die Wendelbewegung des Fräsers bezüglich der Gewindeachse um nur 360° oder um beispielsweise 5 mal 360° erfolgt, da die Zeiten für einen Werkzeugwechsel sowie für die Werkstück- bzw. Werkzeugzustellung und -Positionierung die gleichen bleiben. Zudem kann die Vor- Schubgeschwindigkeit bei reduzierten axialen Schnitttiefen deutlich erhöht werden. Zwar werden die Schneidzähne entsprechend stärker belastet, was aber durch die Verwendung eines besonders harten Vollhartmetallsubstrates zumindest teilweise wieder ausgeglichen wird.

Gemäß einer besonderen Ausführungsform der Erfindung weist jeder Schneidstollen nur einen einzigen Schneidzahn auf, wobei ein solcher Gewindefräser die besondere Eigenschaft hat, dass mit ihm im Gegensatz zu allen anderen, vorstehend beschriebenen Gewindefräsern Gewinde mit beliebiger Steigung hergestellt werden können. Dies ist allerdings eine Sonderform eines Gewindefräsers mit etwas höherem Verschleiß, die jedoch dann sinnvoll eingesetzt werden kann, wenn an ein- und demselben Werkstück viele verschiedene Gewinde in jeweils nur kleiner Zahl hergestellt werden müssen, wobei die Werkzeugwechselzeiten durch Verwendung ein und desselben Fräsers für alle oder einen Großteil der verschiedenen Gewinde entfallen.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der axiale Wiederholabstand der Schneidzähne höchstens 1 mm beträgt. Dies bedeutet, dass man mit derartigen Fräsern Normgewinde im Durchmesserbereich von 6 mm und darunter oder Feingewinde mit größerem Durchmesser herstellen kann. Es versteht sich, dass man einen gegebenen Gewindefräser im Regelfall nur für einen begrenzten Durchmesserbereich einsetzt und dass die Gewindesteigung und damit auch der Wiederholabstand der Zähne jeweils für einen bestimmten Durchmesserbereich speziell angepasst und ausgewählt wird.

Wie bereits erwähnt, ist die Verwendung eines entsprechenden Fräsers insbesondere zur Herstellung kleinerer Gewindedurchmesser von besonderem Vorteil, wobei der Außendurchmesser des Fräsers maximal 6 mm, vorzugsweise maximal 3 mm betragen sollte. Die Vorteile des erfindungsgemäßen Gewindefräsers treten umso deutlicher hervor, je kleiner die Gewindedurch- messer und damit auch die Fräserdurchmesser werden. Besonders überlegen wird der erfindungsgemäße Gewindefräser bei (Fräser-) Durchmessern ab 3 mm abwärts Insbesondere kön-

nen die erfindungsgemäßen Gewindefräser für Gewinde im Durchmesserbereich bis 2 mm und darunter eingesetzt werden, was bedeutet, dass der Fräserdurchmesser nur wenig mehr als 1 mm betragen kann und muss, wenn beispielsweise ein 2 mm-lnnengewinde hergestellt werden soll.

Das oben erwähnte Vollhartmetallsubstrat hat gemäß einer Ausführungsform einen Anteil von 91 bis 93 Gew.-% WC in einer Binderphase aus Kobalt mit einem Chromanteil, wobei das Gewichtsverhältnis zwischen Chrom und Kobalt (Cr/Co) im Bereich von 0,05 bis 0,18, vorzugsweise im Bereich zwischen 0,06 und 0,16 und insbesondere zwischen 0,07 und 0,14 liegt, wobei die Koerzitivkraft größer als 22 kA/m ist und vorzugsweise zwischen 25 und 30 kA/m liegt. Die verschleißfeste Beschichtung kann insgesamt eine Dicke haben, die minimal 1 ,0 μm und maximal 9,5 μm betragen sollte.

Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung werden deutlich anhand der vorliegenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform und dazu gehörigen Figuren. Es zeigen:

Figur 1 eine perspektivische Ansicht des vorderen Endes eines Gewindefräsers gemäß der vorliegenden Erfindung Figur 2 eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Gewindefräsers,

Figur 3 einen vergrößerten Ausschnitt des Schneidteils des Gewindefräsers nach den

Figuren 1 und 2

Figur 4 eine Schnittansicht durch das Schneidteil des erfindungsgemäßen Gewindefräsers, mit einem Schnitt senkrecht zur Fräserachse und Figur 5 schematisch das Funktionsprinzip eines Gewindefräsers

Man erkennt in Figur 1 das vordere Ende einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Gewindefräsers in einer perspektivischen Ansicht. Der Gewindefräser weist einen Schaft 1 mit einem dickeren Hauptteil, einen verjüngten, vorderen Schaftabschnitt 1 a und ein Schneidteil 2 am vorderen Ende des verjüngten Schaftabschnitts 1a auf. Das Schneidteil 2 wiederum besteht aus um einen Kern herum angeordneten Schneidstollen 3, die durch Spannuten 5 voneinander getrennt sind und die jeweils 3 axial hintereinander angeordnete Schneidzähne 4 aufweisen. Die Schneidstollen 3, d. h. die radial vorstehenden Sektoren des Schneidteils 2 welche jeweils eine Reihe axial hintereinander angeordneter Schneidzähne 4 tragen, sind ebenso wie die Spannuten 5 gegenüber der Achse 10 des Gewindefräsers leicht angestellt. Analoge Schneidzähne 4 verschiedener Schneidstollen 3 haben jeweils dieselbe axiale Position, d. h.

der vorderste Zahn jedes der drei Schneidstollen befinden sich alle auf derselben axialen Höhe. Entsprechendes gilt jeweils auch für die mittleren und hinteren Schneidzähne. Dies erkennt man noch deutlicher in der vergrößerten Seitenansicht gemäß Figur 3. Der verjüngte Schaftabschnitt 1 a ermöglicht die Herstellung eines Gewindes durch Eintauchen des Fräsers in das vorgebohrte Kernloch bis zur gewünschten Gewindetiefe, radiales Zustellen auf bzw. in die Wand des Kernloches und dann schraubenförmiges Rückwärtsbewegen des Fräsers um die Achse des Kernloches

Es versteht sich, daß das Schneidteil pro Schneidstollen auch 6 oder 8 Zähne oder auch nur einen oder zwei Schneidzähne 4 aufweisen könnte. Bevorzugt ist aber auf jeden Fall eine im Vergleich zu herkömmlichen Gewindefräsern kleinere Anzahl von Schneidzähnen pro Schneidstollen, die vorzugsweise zehn nicht überschreiten sollte und in der dargestellten, für manche Anwendungsfälle bevorzugten Ausführungsform drei beträgt. Dies gilt insbesondere für Fräser mit kleinem Durchmesser, d. h. für Gewindenenndurchmesser unter 4 mm, insbesondere unter 3 mm. Ein solcher Gewindefräser hat einen verjüngten Schaftabschnitt 1 a, der einen gegenüber dem Kernlochdurchmesser nochmals deutlich (d. h. um etwa 10 % oder mehr) kleineren Durchmesser hat.

In Figur 2 sieht man den Fräser nach Figur 1 in einer Seitenansicht. Der Fräser besteht aus einem Schaft 1 mit einem verjüngten Schaftabschnitt 1a, an dessen Spitze sich das Schneidteil 2 befindet. Der im vorliegenden Fall für einen sehr kleinen Gewindedurchmesser von z. B. 2 mm vorgesehene Gewindefräser hat einen im Verhältnis zum Schneidteil 2 relativ langen Schaft mit deutlich größerem Durchmesser für das Einspannen in ein entsprechendes Standardfutter einer Werkzeugmaschine. Demgegenüber ist der verjüngte Schaftabschnitt deutlich kürzer mit einer Länge, die in etwa dem Zwei- bis Vierfachen des damit herzustellenden Gewindenenndurchmessers entspricht. Das Schneidteil 2 weist seinerseits über seinen Umfang verteilt drei sogenannte Schneidstollen 3 auf, die jeweils durch flache Spannuten 5 voneinander getrennt sind. Die Schneidstollen 3 weisen jeweils drei axial hintereinander angeordnete Schneidzähne 4 auf, wobei die Schneidzähne 4 verschiedener Schneidstollen 3 jeweils auf der gleichen axialen Höhe angeordnet sind, d.h. es gibt auf jedem Schneidstollen 3 einen vorderen Schneidzahn, der auf allen Schneidstollen 3 dieselbe axiale Position hat, ebenso wie auch der mittlere Schneidzahn 4 und auch der hintere Schneidzahn 4 jeweils auf allen drei Schneidstollen die gleichen axialen Positionen haben.

Die Schneidstollen 3 und dementsprechend auch die Spannuten 5 sind gegenüber der Achse 10 des Fräsers leicht geneigt, d.h. sie folgen einer Schraubenlinie, was u.a. den Vorteil hat,

dass die Schneidzähne 4 eines Schneidstollens während des Gewindefräsvorgangs jeweils kurz nacheinander und nicht gleichzeitig mit dem Werkstoff in Eingriff kommen, was wiederum die auf den Schaft 1 und insbesondere den verjüngten Schaftabschnitt 1a wirkende Belastung reduziert. Auch durch die geringe Anzahl von nur drei Zähnen 4 pro Schneidstollen 3 ist die durch den Eingriff der Zähne 4 mit dem Werkstück bewirkte Belastung des Schneidteils und des verjüngten Schaftabschnittes 1a relativ gering.

Die Schnittansicht gemäß Figur 4 zeigt in einem Schnitt senkrecht zur Achse 10 nochmals im Wesentlichen die Elemente des Schneidteils 2, nämlich die Schneidstollen 3, die durch Spannu- ten 5 voneinander getrennt sind und die auf den Schneidstollen 3 angeordneten Schneidzaähne 4, wie sie auch in der Seitenansicht erkennbar sind und beschrieben wurden. Die Spannuten 5 haben im Querschnitt einen in etwa L-förmigen Grund.

Figur 5 veranschaulicht schematisch die Arbeitsweise eines Gewindefräsers. Zur Erzeugung eines Innengewindes mit dem Nennradius R wird ein Gewindefräser 20 mit dem Außenradius r in ein Bohrloch mit dem Radius R' eingebracht und unter Rotation gegenüber dem Mittelpunkt GM bzw. der Achse des Gewindes radial um den Radius r' versetzt und auf diese Weise mit der Wand des Bohrlochs mit dem Radius R' in Eingriff gebracht, um einen Gewindegang der Tiefe R-R' aus der Wand des Bohrloches herauszufräsen.

Wie man sieht, ist der Radius r des Gewindefräsers 20 deutlich kleiner als der Radius R' des Bohrlochs und auch der Radius R des herzustellenden Gewindes, so dass der Gewindefräser jeweils nur über einen begrenzten Winkelsektor mit der Wand des Bohrlochs in Eingriff ist. Zur Herstellung des gesamten Gewindes wird dann der Fräser unter gleichzeitigem axialen Vor- schub mit seinem Mittelpunkt FM bzw. der Fräserachse um den Mittelpunkt GM bzw. die Gewindeachse entlang eines Kreises mit dem Radius r' bewegt, wobei der gleichzeitig überlagerte axiale Vorschub des Fräsers die Steigung des dabei entlang des Umfangs des Bohrlochs herausgefrästen Gewindegangs erzeugt. Axialer Vorschub und der Umlauf des Fräsers entlang des Kreises mit dem Radius r' werden dabei so aufeinander abgestimmt, dass nach genau ei- nem Umlauf entlang des Kreises mit dem Radius r' der axiale Vorschub dem Wiederholabstand der Zähne 4 entspricht. Zur Herstellung eines mehrgängigen, steileren Gewindes kann der axiale Vorschub auch ein ganzzahliges Vielfaches des Wiederholabstandes der Zähne 4 betragen.

Aufgrund der Differenz zwischen dem Radius des Bohrloches R' und dem Radius des Fräsers r steht ausreichend Platz zum Abtransport von Spänen und für die Zu- bzw. Abfuhr von Kühlmittel bereit, so dass die Spannuten 5 relativ flach ausgebildet werden können. Es versteht sich,

dass die Darstellung in Figur 3 rein schematisch ist und nicht unbedingt die tatsächlichen relativen Verhältnisse maßstabsgetreu wiedergibt.

Die dargestellte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Fräsers hat den Vorteil, dass auf- grund der geringen Zahl von Zähnen (pro Schneidstollen) die Gesamtbelastung des Fräsers und insbesondere des verjüngten Schaftabschnittes 1 a entsprechend reduziert ist. Dies macht es möglich, einen sehr harten, spröden Werkstoff für das Substrat (Vollhartmetall) des erfindungsgemäßen Fräsers zu verwenden. Dieses Substratmaterial besteht 90 bis 94 Gew.-% Wolframcarbid in einer Binderphase aus Kobalt, wobei der WC-Anteil gemäß einem Ausfüh- rungsbeispiel auch 91 bis 93 Gew.-% betragen kann und gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel etwa 92 Gew.-% betragen kann. Die Binderphase aus Kobalt enthält darüber hinaus auch einen kleinen Anteil an Chrom, wobei das Gewichtsverhältnis von Chrom zu Kobalt zwischen 0,05 und 0,18 liegt, vorzugsweise zwischen 0,06 und 0,16 und insbesondere zwischen 0,07 und 0,14. Beispielsweise könnte das Cr/Co-Verhältnis 0,10 betragen.

Zusätzlich können die Schneidzähne 4 und der Einfachheit halber das gesamte Schneidteil 2, ggf. auch einschließlich des verjüngten Schaftabschnittes 1 a oder des gesamten Schaftes 1 eine Beschichtung aufweisen, die an den jeweiligen Anwendungszweck angepasst ist. Zur Bearbeitung besonders harter Werkstoffe hat sich dabei eine einlagige Beschichtung oder eine mehrlagige Beschichtung als zweckmäßig erwiesen. Die Beschichtung besteht vorzugsweise aus (AI, ME)-N oder -CN, wobei ME eines oder mehrere der Elemente aus der Gruppe Zr, V, Nb, Cr, Si und Ti bezeichnet. Im Falle einer mehrlagigen Beschichtung hat sich für manche Anwendungsfälle eine Kombination als zweckmäßig erwiesen, bei welcher eine aluminiumarme (AI, ME)-N- oder -CN-Schicht zwischen zwei aluminiumreichen (AI, ME)-N- bzw. -(CN)-Schicht eingeschlossen ist, wobei ME für eines oder mehrere der Elemente Zr, V, Nb, Cr und Ti steht.

Vergleichsbeispiele

Es wurden mehrere Gewindefräser der erfindungsgemäßen Zusammensetzung hergestellt und mit Gewindefräsern verglichen, die aus konventionellem Hartmetallmaterial hergestellt wurden.

Beispiel 1

Wolframcarbidpulver mit einer FSSS-Korngröße von 0,9 μm wurde zusammen mit 7 Gew.-% sehr feinkörnigem Kobaltpulver und 0,7 Gew.-% Chrom, das als H.C.Starck-feinkörniges Cr 3 C 2 -

Pulver hinzugefügt wurde, gemeinsam nass mit Hilfe konventioneller Druckhilfsmittel gemahlen

und nach dem Mahlen und Sprühtrocknen wurde das Pulver zu Stäben von 6 mm Durchmesser und 57 mm Länge gepresst und bei 1350 0 C und 50 bar Argongasdruck gesintert. Das gesinterte Material hatte eine Koerzitivkraft von 28 kA/m.

Die daraus hergestellten Gewindefräser wurden mit einem negativen Spanwinkel und einem größer als üblichen Kerndurchmesser hergestellt. Nach dem Schleifen wurden die Substrate nass gereinigt und mittels PVD mit einer kommerziellen (AI,Ti)N-Beschichtung versehen. Die Fräswerkzeuge wurden getestet und mit Fräswerkzeugen gleicher Geometrie aus einem kommerziell erhältlichen Hartmetall verglichen, wobei die Gewinde in einem Werkzeugstahl mit ei- ner Rockwell-Härte von mehr als 60 HRC hergestellt wurden.

Testkriterium war eine möglichst große Anzahl lehrenhaltiger Gewinde zu erzeugen. Das Lebensdauerkriterium für die Werkzeuge war entweder der Bruch oder Verschleiß der Werkzeuge bis zu einem tolerierbaren Maß der Lehrenhaltigkeit.

Ergebnisse:

Material: gehärteter Werkzeugstahl 1 ,2379, HRC 62

Werkzeug: für Gewinde M8-6H/1 1 mm tief

Gewindesteigung: 1 ,25 mm Schneidgeschwindigkeit, V c (m/min): 21

Zahnvorschub, fz (mm/Schneidkante): 0,008

Kühlung: MMS extern

Maschine: Mikron UCP 600

Ergebnis: Anzahl Gewinde erfindungsgemäßer Fräser 57 * kommerzieller Fräser 5

* Kein Werkzeugbruch, der Gewindefräser war weiterhin verwendbar, der erfindungsgemäße

Gewindefräser fräste 57 Gewinde, ohne dass der Werkzeugradius nachgestellt werden musste.

Hieraus ergibt sich, dass insbesondere bei sehr harten Werkstoffen die Vorteile der Erfindung deutlich hervortreten.

Beispiel 2

Es wurde wiederum das Wolframcarbidmaterial gemäß Beispiel 1 hergestellt, diesmal jedoch zu Stäben von 3 mm Durchmesser und 39 mm Länge verpresst und alle übrigen Herstellungsparameter waren die gleichen wie in Beispiel 1 , abgesehen von einer in diesem Fall verwendeten TiCN Beschichtung. Das Testziel bestand auch hier wiederum darin, möglichst viele lehrenhalti- ge Gewinde zu erzeugen, wobei der Werkzeugbruch das entscheidende Lebensdauerkriterium war.

Bearbeitetes Material: Werkzeugstahl 1 ,2344 geglüht, 700 N/mm 2

Werkzeug: 3 * d, 3 Gewindegänge, dahinter folgt ein Hals mit der Länge 3 * d, für Gewinde M2, 6mm tief

Gewindesteigung: 0,4 mm

Schneidgeschwindigkeit, V c (m/min): 80

Zahnvorschub, fz (mm/Schneidkante): 0,03

Kühlung: Emulsion 5 % Maschine: Mikron UCP 600

Ergebnis: Anzahl Gewinde Fräser gemäß Erfindung 359 *

Fräser aus kommerziellem Material 243 Fräser eines Wettbewerbers 64

* Kein Werkzeugbruch, es konnten weitere Gewinde gefräst werden.

Sowohl bei dem Werkzeug aus kommerziell erhältlichen Material als auch bei dem Werkzeug eines Wettbewerbers wurde der Testes durch Werkzeugbruch beendet.

Bei dem erfindungsgemäßen Fräser mußte der programmierte Werkzeugradius zur Herstellung der 359 Gewinde nur zweimal nachgestellt werden, während der Fräser aus kommerziell erhältlichem Hartmetall für die Erzeugung deutlich weniger (243) Gewinden sechs mal nachgestellt werden mußte und dann brach.

Auch hier zeigte die Erfindung wieder eine ganz erhebliche Verbesserung gegenüber herkömmlichem Hartmetall und gegenüber einem entsprechenden Werkzeug eines Wettbewerbers.

Für Zwecke der ursprünglichen Offenbarung wird darauf hingewiesen, daß sämtliche Merkmale, wie sie sich aus der vorliegenden Beschreibung, den Zeichnungen und den Ansprüchen für einen Fachmann erschließen, auch wenn sie konkret nur im Zusammenhang mit bestimmten

weiteren Merkmalen beschrieben wurden, sowohl einzeln als auch in beliebigen Zusammenstellungen mit anderen der hier offenbarten Merkmale oder Merkmalsgruppen kombinierbar sind, soweit dies nicht ausdrücklich ausgeschlossen wurde oder technische Gegebenheiten derartige Kombinationen unmöglich oder sinnlos machen. Auf die umfassende, explizite Darstellung sämtlicher denkbarer Merkmalskombinationen wird hier nur der Kürze und der Lesbarkeit der Beschreibung wegen verzichtet.